SU1746338A1 - Способ определени остаточной намагниченности ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к магнитным измерени м и может быть использовано дл  определени  магнитных параметров ферромагнитных материалов, в частности остаточной намагниченности. Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  остаточной намагниченности магнитом г- ких материалов в разомкнутой магнитной цепи. Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу определени  остаточной намагниченности материала ферромагнитных образцов, основанному на сн тии зависимости намагниченности М образца от напр женности внешнего намагничивающего пол  Не в области приближени  к насыщению , дополнительно измер ют коэрцитивную силу образца Нем. а остаточную намагниченность материала Мг определ ют исход  из соотношени  Мг 3;-цсм , где К т Нем М8 - намагниченность насыщени ; К- коэффициент линейного члена закона приближени  к насыщению. Ьо

Description

Изобретение относитс  к магнитным измерени ми может быть использовано дл  определени  магнитных параметров ферромагнитных материалов, в частности остаточной намагниченности.

Известен способ определени  остаточной намагниченности по петле магнитного гистерезиса при напр женности магнитного пол , равном нулю, реализуемый на измерительной системе У5045.

Недостатком этого способа  вл етс  низка  производительность и возможность его применени  только на образцах кольцевой формы, т.е. в замкнутой магнитной цепи .

Наиболее близким к изобретению по технической сущности  вл етс  способ определени  характеристик ферромагнитного материала, основанный на измерении напр женности внешнего намагничивающего пол  и намагниченности ферромагнитного образца.

Согласно данному способу наход т опытным путем зависимость намагниченности М испытуемого ферромагнитного образца от напр женности Не внешнего магнитного пол  М (Не)и, зна  коэффициент размагничивани  Мгграфически стро т зависимость намагниченности от напр женности Hi внутреннего намагничивающего пол  Hi (M), использу  соотношение

2

О GJ СО 00

Hi He-NM(1)

Однако данный способ характеризуетс  недостаточной точностью. Это объ сн етс  тем, что получение статических магнитных характеристик вещества на основе измерений характеристик образца св зано с трудоемкой операцией расчета внутреннего намагничивающего пол  по методике Ре- ле , котора  предполагает коэффициент размагничивани  испытуемого образца известным и не зависимым от величины намагниченности . Использование такой методики дл  измерений статических магнитных характеристик на неэллипсоидальных стержневых образцах дает низкую точность, так как коэффициент размагничивани  дл  таких образцов не  вл етс  посто нной величиной, а, как известно, имеет магнитный гистерезис и в значительной степени зависит от намагниченности относительной магнитной восприимчивости. Погрешность определени  внутреннего намагничивающего пол  таким методом будет тем больше, чем больше проницаемость испытуемого материала. Резюмиру  изложенное о точности измерений внутреннего намагничивающего пол  в разомкнутой магнитной цепи, авторы делают следующий вывод . Испытание материалов с магнитной проницаемостькугМакс 10000 указанным методом должно быть исключено, так как это требует или очень тонких образцов либо обусловит весьма малую точность измерений параметров петли магнитного гистерезиса материала испытуемого образца, в том числе и остаточной намагниченности.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  остаточной намагниченности магнитом гких материалов в разомкнутой магнитной цепи.

Цель достигаетс  тем, что согласно способу определени  остаточной намагниченности материала ферромагнитных образцов, основанного в сн тии зависимости намагниченности М образца от напр женности внешнего намагничивающего пол  катушки индуктивности Не, дополнительно измер ют коэрцитивную силу Нем образца, при этом измерение намагниченности М образца провод т в области приближени  к насыщению, а остаточную намагниченность материала Мг определ ют , исход  из соотношени 

Mr

Ms -Не

К + Нем где Ms - намагниченность насыщени ;

К - коэффициент линейного члена закона приближени  к насыщению, при этом

используют катушку индуктивности, параметры которой удовлетвор ют условию

Sk 2So6p,

где Sk - площадь поперечного сечени  катушки;

Зобр - площадь поперечного сечени  образца

и образец, длина которого удовлетвор ет соотношению

10

10 V,

i6p

Достижение поставленной цели.объ сн етс  следующим образом. Известна аппроксимаци  Фрелиха дл  предельной петли магнитного гистерезиса (ППМГ) материала

М

Ms «Hi 1 +aHi

(2)

Здесь HI - напр женность внутреннего намагничивающего пол ; MS - намагниченность насыщени ; М - намагниченность 25 вещества ферромагнетика

Мг

(М5-Мг)Н

см

(3)

где Мг - остаточна  намагниченность;

Нем - коэрцитивна  сила по намагниченности .

Эта аппроксимаци  достаточно точно описывает ППМГ магнитом гких материа- лов. Чтобы получить выражение, описывающее ППМГ ферромагнитного образца, необходимо в (2) подставить известное соотношение (1)

40

м (1 -NMX) X-ba(t-NMX)1

(4)

гдеХ 1/Не.

Разложив уравнение (4) при Не - посте- пен м 1/Не и, ограничива сь первыми двум  членами разложени , можно записать

M(-rj-) M,-

Не

ML С Не

(5)

Измер   п значений намагниченности Mi,

MaМп и п соответствующих им значений

напр женности Hei, He2,...,Hen внешнего намагничивающего пол  в области полей, дл  которых выполн етс  закон приближени  к насыщению и в соответствии с (5) определ ет величины Ms и К Ms/ a. Отсюда с учетом (3) получим

Ms

Mr

K1 ( Ms - Мг ) Нем

(6)

случае намагниченность образца определ етс  из соотношени 

Из уравнени  (6) следует, что

Mr

Ml Нем

К1 + Ms Нем

Как видно из формулы (7), дл  определе- 10 ни  остаточной намагниченности ферромагнитного материала предлагаемым методом необходимо измерить дополнительно коэрцитивную силу по намагниченности Нем. Повышение точности 15 определени  остаточной намагниченности

материала образца предлагаемым способом обеспечиваетс  возможностью досто- верного определени  в разомкнутой магнитной цепи коэрцитивной силы, намаг- 20

ниченности насыщени  и коэффициента К.

Реализацию предлагаемого способа измерени  остаточной намагниченности маг- нитом гких материалов можно осуществить на выпускаемой промышленностью уста- 25 овке типа БУ-3.

С этой целью ферромагнитный образец помещают в соленоид установки вдоль его оси так, чтобы центр образца совпадал с центром соленоида. На образец надевают 30 измерительную катушку так, чтобы торцы образца были расположены симметрично по отношению к катушке. Измерительна  катушка наматываетс  медным изолированным проводом на полый цилиндрический 35 каркас из изол ционного материала. Катушка должна быть короче образца не менее чем в три раза. Отношение длины образца к корню квадратному из площади поперечного сечени  его должно быть не 40 менее дес ти. Удовлетворение требовани  I 10 V$o6p необходимо дл  однородного намагничивани  испытуемого образца в центральном поперечном сечении. Тогда величина коэрцитивной силы образца равна 45 коэрцитивной силе вещества.

Дл  того, чтобы измерить намагниченность образца последовательно с измерительной обмоткой, включают точно такую же компенсирующую обмотку и располага- 50 ют их так, чтобы без образца в них отсутствовала бы ЭДС индукции. Если теперь поместить образец в одну из измерительных обмоток, то при изменении внешнего намагничивающего пол  в системе 55 дифференциальных обмоток возникает ЭДС, котора  пропорциональна только намагниченности образца. ЭДС. обусловленна  изменением внешнего намагничивающего пол , будет отсутствовать. В этом

М

Су/Оср

2р0(0изм KS06p

,А/М

10 15

20

25

30 35 40 45

50 55

Здесь Су - баллистическа  посто нна  установки , Вб/дел;

Оср - среднее арифметическое полученных отклонений гальванометра, дел; Н.257ИО 6 В«с/(А-м) - магнитна  посто нна ; (Мйам.к число витков измерительной катушки; Зобр. - площадь поперечного сечени  образца, м . При этом Зобр 1/2 Sk. Это условие необходимо дл  точного определени  намагниченности, чтобы погрешность определени  намагниченности не превышала 1 % из-за неопределенности величины коэффициента размагниченности испытуемого образца. Далее по методике определени  петли магнитного гистерезиса , изложенной в инструкции по эксплуатации установки БУ-3, определ ют Н значений намагниченности Mi, M2,...,Mn и п, соответствующих напр женности Hei,He2Непвнешнего намагничивающего пол  в области полей, дл  которых выполн етс  закон приближени  к насыщению. На

основании полученных значений стро т гра-j

фик зависимости М f (-тт-) . Из этого

графика определ ют путем экстрапол ции графика на ось ординат намагниченность насыщени  Ms а также коэффициент К, т.е. наклон графика к оси абсцисс.

Коэрцитивную силу образца определ ют методом сдергивани  измерительной катушки . При этом, так как в соленоиде находитс  уже предварительно намагниченный образец, то при передвижении измерительной катушки ее потокосцепление с полем образца изменитс , что вызовет отброс баллистического гальванометра. Если же в соленоид дать ток, создающий размагничивающее поле, то при сдергивании измерительной катушки отклонение гальванометра меньше. В момент, когда магнитное поле соленоида равно коэрцитивной силе образца, сдергивание катушки не вызовет отклонени  баллистического гальванометра. Таким образом, величина магнитного пол  намагничивающей катушки , при которой баллистический гальванометр не дает отклонени  при сдергивании, равна коэрцитивной силе образца, котора  определ етс  по формуле

Нсм К„Т1 + К„02-11)

«1ср

«1ср + I G&cp I

Здесь Кн - посто нна  соленоида, м ; OMcp и Ойср - среднее арифметическое отклонений «1 и аг соответственно, дел; И и 2 - значени  намагничивающего тока, соответствующие отклонени м «1 и G2 соответственно , А,

Найденна  таким образом коэрцитивна  сила соответствует равенству нулю намагниченности в центре образца.

Основное техническое преимущество изобретени  заключаетс  в точности определени  параметров петли магнитного гистерезиса. Повышение точности определени  обеспечиваетс  тем, что при определении петли магнитного гистерезиса и ее параметров, в частности остаточной намагниченности , нет необходимости учитывать коэффициент размагничивани  -испытуемого образца. Известному способу свойственны большие погрешности определени  напр женности внутреннего намагничивающего пол  дл  магнитом гких материалов, обусловленные методикой расчета коэффициента размагничивани . Согласно предлагаемому способу необходимости определени  напр женности внутреннего намагничивающего пол , т.е. в нем устранены причины (необходимость знани  величи- ны коэффициента размагничивани , определени  напр женности внутреннего намагничивающего пол ), обуславливающие низкую точность определени  остаточной намагниченностью магнитом гких материалов в известном способе.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Способ определени  остаточной намагниченности ферромагнитных материалов в разомкнутой магнитной цепи, заключающийс  в сн тии зависимости намагниченности М образца от напр женности внешнего намагничивающего пол  катушки индуктивности Не, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности при определении остаточной намагниченности магнитом гких материалов, используют катушку индуктивности, параметры которой удовлетвор ют условию

   Sk 2So6P,

   где Sk - площадь поперечного сечени  катушки;

   Зобр. - площадь поперечного сечени  образца, при этом используют образец, длина которого удовлетвор ет соотношению

   .

   и дополнительно измер ют коэрцитивную силу Нем образца, при этом измерение намагниченности М образца г рс вод т в обла- сти приближени  к насыщению, а остаточную намагниченность материала Mr определ ют исход  из соотношени 

   30

   Мг

   Ms Нем К + Нем

   35

   где Ms - намагниченность насыщени ;

   К - коэффициент линейного члена закона приближени  к насыщению.